Name: fabrication and visualization of capillary bridges in slit pore geometry
Uploaded: 2014-01-09T13:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry at JoVE.com

Forfatterne er taknemmelige for støtten fra National Science Foundation under Grant No. CMMI-00748094 og ONR N000141110629.

Protokolteksten er opdelt i tre hovedafsnit: 1) fremstilling af PDMS (polydimethylsiloxan) søjler, 2) funktionalisering af søjlernes toppe og 3) dannelse og karakterisering af kapillære broer.
1. Fremstilling af PDMS søjlerne
Dette afsnit beskriver fremstillingen af PDMS søjler ved hjælp af trykstøbning med en silicium / SU-8 skimmel.
<ol><li>
Fremstilling af silicium/SU-8 skimmelsvamp
	<ol>
<li>Placer en ren 4 i silicium wafer i en Pyrex P...

<ol>
	<li>Broesch, D. J., Frechette, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Concave+to+Convex:+Capillary+Bridges+in+Slit+Pore+Geometry.">From Concave to Convex: Capillary Bridges in Slit Pore Geometry.</a> Langmuir. 28, 15548-15554 (2012).</li><li>Orr, F. M., Scriven, L. E., Rivas, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pendular+rings+between+solids+-+meniscus+properties+and+capillary+force.">Pendular rings between solids - meniscus properties and capillary force.</a> J. Fluid Mech. 67, 723-742 (1975).</li><li>Rose, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volumes+and+surface+areas+of+pendular+rings.">Volumes and surface areas of pendular rings.</a> J. Appl. Phys. 29, 687-691 (1958).</li><li>Erle, M. A., Dyson, D. C., Morrow, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+bridges+between+cylinders,+in+a+torus,+and+between+spheres.">Liquid bridges between cylinders, in a torus, and between spheres.</a> Aiche J. 17, 115-121 (1971).</li><li>Lambert, P., Chau, A., Delchambre, A., Regnier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+between+two+capillary+forces+models.">Comparison between two capillary forces models.</a> Langmuir. 24, 3157-3163 (2008).</li><li>Mason, G., Clark, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Liquid Bridges Between Spheres. Chem. Eng. Sci. 20, 859-866 (1965).</li><li>De Souza, E. J., Brinkmann, M., Mohrdieck, C., Arzt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+capillary+forces+by+multiple+liquid+bridges.">Enhancement of capillary forces by multiple liquid bridges.</a> Langmuir. 24, 8813-8820 (2008).</li><li>Hornbaker, D. J., Albert, R., Albert, I., Barabasi, A. L., Schiffer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+keeps+sandcastles+standing.">What keeps sandcastles standing.</a> Nature. 387, 765-765 (1997).</li><li>Scheel, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+clues+to+wet+granular+pile+stability.">Morphological clues to wet granular pile stability.</a> Nat. Mater. 7, 189-193 (2008).</li><li>Mastrangeli, M., Ruythooren, W., Celis, J. -. P., Van Hoof, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+for+Capillary+Self-Assembly+of+Microsystems.">Challenges for Capillary Self-Assembly of Microsystems.</a> IEEE T. Compon. Pack. 1, 133-149 (2011).</li><li>Josell, D., Wallace, W. E., Warren, J. A., Wheeler, D., Powell, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Misaligned+flip-chip+solder+joints:+Prediction+and+experimental+determination+of+force-displacement+curves.">Misaligned flip-chip solder joints: Prediction and experimental determination of force-displacement curves.</a> J. Electron. Pack. 124, 227-233 (2002).</li><li>Lin, W., Patra, S. K., Lee, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+Solder+Joints+for+Self-Aligned+Optoelectronic+Assemblies.">Design of Solder Joints for Self-Aligned Optoelectronic Assemblies.</a> IEEE T. Compon. Pack. B. 18, 543-551 (1995).</li><li>Berthier, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary+self-alignment+of+polygonal+chips:+a+generalization+for+the+shift-restoring+force.">Capillary self-alignment of polygonal chips: a generalization for the shift-restoring force.</a> Microfluid. Nanofluid. 14, 845-858 (2013).</li><li>Lambert, P., Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Degrez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+analysis+and+experimental+study+of+lateral+capillary+dynamics+for+flip-chip+applications.">Spectral analysis and experimental study of lateral capillary dynamics for flip-chip applications.</a> Microfluid. Nanofluid. 9, 797-807 (2010).</li><li>Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Van Hoof, C., Celis, J. P., Lambert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lateral+capillary+forces+of+cylindrical+fluid+menisci:+a+comprehensive+quasi-static+study.">Lateral capillary forces of cylindrical fluid menisci: a comprehensive quasi-static study.</a> J. Micromech. Microeng. 20, 10-1088 (2010).</li><li>Childs, W. R., Nuzzo, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-area+patterning+of+coinage-metal+thin+films+using+decal+transfer+lithography.">Large-area patterning of coinage-metal thin films using decal transfer lithography.</a> Langmuir. 21, 195-202 (2005).</li><li>Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent+compatibility+of+poly(dimethylsiloxane)-based+microfluidic+devices.">Solvent compatibility of poly(dimethylsiloxane)-based microfluidic devices.</a> Anal. Chem. 75, 6544-6554 (2003).</li><li>Olivier, G. K., Shin, D., Gilbert, J. B., Monzon, L. A. A., Frechette, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Supramolecular Ion-Pair Interactions To Control Monolayer Assembly. Langmuir. 25, 2159-2165 (2009).</li><li>Ferraro, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+Transitions+of+Droplets+Wetting+Rectangular+Domains.">Morphological Transitions of Droplets Wetting Rectangular Domains.</a> Langmuir. 28, 13919-13923 (1021).</li></ol>

Den metode, der præsenteres her, giver en måde at skabe kapillærbroer i slids poregeometri, og også en metode til billeddannelse af disse broer, så deres morfologi kan analyseres og sammenlignes med simulering og teori.
Denne metode inkorporerer fysisk lindring samt selektiv kemisk mønster for at skabe asymmetriske betændte egenskaber. Hvis der kun er en kemisk heterogenitet til stede, forbliver et flydende fald fastgjort på heterogeniteten, indtil kontaktvinklen overstiger den mindre ...

Undersøgelsen af formen og de resulterende kræfter forårsaget af kapillærbroer har været genstand for omfattende undersøgelser2-7. I begyndelsen var de fleste bestræbelser på axisymmetriske kapillærbroer på grund af deres enkelhed. Ofte kapillær broer forekommer i naturlige systemer, som dem, der findes i granulat-og porøse medier8,9 og broer ansat i teknologiske applikationer, såsom for kapillær selvmontering i flip chip teknologier10-15 er asymmetriske med nonuniform bevæmmende egenskaber på de interagerende overflader. Kombinationen af forbedrede litografiteknikker sammen med tilgængeligheden af enkle numeriske værktøjer til modelvæskegrænseflader giver mulighed for oprettelse og modellering af kapillære broer med stigende kompleksitet.
Kapillære broer i spalte-pore geometri giver et interessant kompromis: de retningsbestemte bevæbende egenskaber fører til ikke-axisymmetriske broer, der bevarer nogle symmetriplaner (hvilket forenkler analysen). De er blevet undersøgt teoretisk og numerisk som et casestudie for porøse medier. Systematiske eksperimentelle undersøgelser af kapillærbroer i spalte-poregeometri har imidlertid været begrænsede. Her præsenterer vi en metode til at skabe og karakterisere kapillærbroer i slids pore geometri. Kort, metoden består af 1) fremstilling af søjler til at skabe en kemisk og fysisk heterogenitet, 2) udformningen af et mikrostage til at tilpasse og manipulere broerne, og 3) billeddannelse af kapillær broer enten fra forsiden eller siderne til at karakterisere deres morfologi. Karakteriseringen af broens morfologi sammen med sammenligninger med overfladeudviklende simuleringer leveres i en separatpublikation 1.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="425">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">99.999% Gold wire</td>
			<td style="width:84px;">Kurt J. Lesker</td>
			<td style="width:91px;">EVMAU40040</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Acetone</td>
			<td style="width:84px;">Pharmco-AAPER</td>
			<td style="width:91px;">C1107283</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:167px;">Dimethyl sulfoxide</td>
			<td style="width:84px;">Fisher</td>
			<td style="width:91px;">D128-500</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Ethanol (200 proof)</td>
			<td style="width:84px;">Pharmco-AAPER</td>
			<td style="width:91px;">111000200</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Hydrochloric acid</td>
			<td style="width:84px;">EMD</td>
			<td style="width:91px;">HX0603-4</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Hydrogen peroxide (30%)</td>
			<td style="width:84px;">EMD</td>
			<td style="width:91px;">HX0635-3</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Isopropyl alcohol</td>
			<td style="width:84px;">Fisher</td>
			<td style="width:91px;">L-13597</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Mercapto hexadecanoic acid (90%)</td>
			<td style="width:84px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:91px;">448303-1G</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:167px;">Mercapto-propyl-trimethoxy-silane (MPTS)</td>
			<td style="width:84px;">Gelest</td>
			<td style="width:91px;">Sim6476-O-100GM</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:167px;">Milli-Q DI water</td>
			<td style="width:84px;">Millipore</td>
			<td style="width:91px;">Milli-Q</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Nitrogen (gas)</td>
			<td style="width:84px;">Airgas</td>
			<td style="width:91px;">UN1066</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Oxygen (gas)</td>
			<td style="width:84px;">Airgas</td>
			<td style="width:91px;">UN1072</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Silicon wafers (4 in)</td>
			<td style="width:84px;">WRS Materials</td>
			<td style="width:91px;">CC8506</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">SU-8 2002 (negative photo resist)</td>
			<td style="width:84px;">MicroChem</td>
			<td style="width:91px;">SU82002</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">SU-8 2050 (negative photoresist)</td>
			<td style="width:84px;">MicroChem</td>
			<td style="width:91px;">SU82050</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">SU-8 Developer solution</td>
			<td style="width:84px;">MicroChem</td>
			<td style="width:91px;">Y020100 4000L1PE</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:167px;">Sulfuric acid</td>
			<td style="width:84px;">J.T. Baker</td>
			<td style="width:91px;">9681-03</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Poly dimethy sulfoxide (PDMS)</td>
			<td style="width:84px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:91px;">Sylgard -184</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:167px;">Toluene</td>
			<td style="width:84px;">Omnisolv</td>
			<td style="width:91px;">TX0737-1</td>
			<td style="width:84px;">
			
			</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and visualization of capillary bridges in slit pore geometry

En procedure for oprettelse og billeddannelse kapillær broer i slids-pore geometri præsenteres. Høj højde-bredde-forhold hydrofobe søjler er fremstillet og funktionaliseret til at gøre deres øverste overflader hydrofile. Kombinationen af en fysisk funktion (søjlen) med en kemisk grænse (den hydrofile film øverst på søjlen) giver både en fysisk og kemisk heterogenitet, der fastgør den tredobbelte kontaktlinje, en nødvendig funktion til at skabe stabile lange, men smalle kapillarbroer. Underlagene med søjlerne er fastgjort til glasrutsjebaner og fastgjort til brugerdefinerede holdere. Holderne monteres derefter på fire aksemikrosetrin og placeres således, at søjlerne er parallelle og vender mod hinanden. Kapillærbroerne dannes ved at indføre en væske i mellemrummet mellem de to substrater, når adskillelsen mellem de modstående søjler er blevet reduceret til et par hundrede mikrometer. Den brugerdefinerede mikrostage er derefter ansat til at variere højden af kapillærbroen. Et CCD-kamera er placeret til at afbilde enten længden eller bredden af kapillærbroen for at karakterisere morfologien af væskegrænsefladen. Søjler med bredder ned til 250 μm og længder op til 70 mm er fremstillet med denne metode, hvilket fører til kapillærbroer med højde-bredde-forhold (længde/bredde) på over 1001.

Beskrivelse af forsøgsanordningen
Den eksperimentelle enhed kan opdeles i fire hoveddele: 1) den øverste substrat fase, 2) den nederste substrat fase, 3) sprøjten / sprøjte xyz-oversættelse fase og 4) kameraet / optik og kameraholder. Detaljerne i hver af følgende:
<ol><li>
Top substrat fase. En digital oversættelsesfase er fastgjort til en monteringsklemme i P-serien via et specialfremstillet konnektorstykke. Monteringsklemmen er forbundet til en P-stolpe i variabel h...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry at JoVE.com

Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

En procedure for oprettelse og billeddannelse kapillær broer i slids-pore geometri præsenteres. Oprettelsen af kapillærbroer er afhængig af dannelsen af søjler for at give en retningsbestemt fysisk og kemisk heterogenitet til at fastgøre væsken. Kapillære broer dannes og manipuleres ved hjælp af mikrostages og visualiseres ved hjælp af et CCD-kamera.

Fabrikation og visualisering af kapillærbroer i spaltepaltegeometri

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Fabrikation, Drift og Flow Visualisering i Overflade-akustisk-bølgedrevne Acoustic-modstrøms Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Fabrikation og Test af Mikrofluidenheder optomekaniske oscillatorer

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Fremstillingen af ​​elektrohydrodynamisk Bridges fra Polar Dielektriske Væsker

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

Reservoir Tilstand Pore-skala Imaging af flere Fluid Faser Brug røntgen Microtomography

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Dynamisk Pore-skala Reservoir-tilstand Imaging af reaktion i Karbonater Brug Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Fremstilling og karakterisering af superledende Resonatorer

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

Fugtspredende Tests for ensrettet Fabrics: Målinger af Kapillær Parametre til Vurdere kapillartryk i Liquid Composite støbeprocesser

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

Fremstilling af polymere mikrosfærer til optisk resonator og laser applikationer

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Fabrikation af ultra-tynde farve film med meget absorberende medier bruger skråt Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...